Schneller als ein Atom schwingen kann

  • 02. July 2013

Attosekundenblitze mit Pulsfolgefrequenzen im Megahertz-Bereich für die Grundlagenforschung erzeugt.

Immer leistungsfähigere Mikroskope und spektroskopische Verfahren erlauben heute den Einblick in immer kleinere Dimensionen der Materie. Um beispielsweise Vorgänge in Molekülen und Atomen beobachten zu können, braucht es nicht nur Technik mit extrem hoher Auflösung. Da diese Prozesse sehr schnell ablaufen, sind zudem extrem kurze Belichtungszeiten notwendig. „Wenn wir die genauen Abläufe chemischer Reaktionen, die Bewegungen von Ladungsträgern oder das Wechselspiel von Licht und Materie in Echtzeit beobachten wollen, brauchen wir Belichtungszeiten im Attosekundenbereich“, sagt Jens Limpert von der Friedrich-Schiller-Universität Jena.

Doktorand Manuel Krebs ist Erstautor der aktuellen Publikation

Abb.: Manuel Krebs und seinen Kollegen ist es gelungen, isolierte Attosekundenpulse mit Pulsfolgefrequenzen im Megahertz-Bereich zu erzeugen. (Bild: J.-P. Kasper, FSU)

Der Physiker hat gemeinsam mit Kollegen dafür jetzt entscheidende Grundlagen geschaffen: Ihnen ist es erstmals gelungen, isolierte Attosekundenpulse mit noch nie dagewesenen Pulsfolgefrequenzen im Megahertz-Bereich zu erzeugen, indem sie ultrakurze Laserpulse auf das Edelgas Argon fokussieren. Dabei wird die Strahlung des Lasers in den extrem ultravioletten Wellenlängenbereich verschoben.

So entstehen isolierte Attosekundenpulse:

Abb.: So entstehen isolierte Attosekundenpulse: Ein Laserpuls (rot) wechselwirkt mit Argonatomen in einem dünnen Gasstrahl und erzeugt dabei einen kurzwelligeren Puls (blau), dessen Dauer im Attosekundenbereich liegt. (Bild: IAP / FSU)

Mit bisherigen Lasersystemen ließen sich jedoch nur wenige tausend Pulse pro Sekunde erzeugen. „Für die Aufnahme von multidimensionalen Daten wie z. B. hochauflösende Bilder oder sogar Videos von grundlegenden Vorgängen in der Natur werden weitaus höhere Pulswiederholfrequenzen benötigt“, sagt Manuel Krebs von der Universität Jena. Die Wissenschaftler haben deshalb einen neuartigen parametrischen Verstärker entwickelt, der mit einem Hochleistungsfaserlaser gepumpt wird. Damit erreichen sie erstmals überhaupt Pulsfrequenzen im Megahertz-Bereich. „Das ist eine Steigerung dieses wichtigen Parameters um einen Faktor von 200“, beurteilt Limpert das Ergebnis und macht deutlich: „Damit sind jetzt völlig neuartige Anwendungen im noch jungen Gebiet der Attosekundenphysik möglich.“ Denkbar seien neue Methoden, wie die zeitaufgelöste Fotoelektronen-Spektroskopie oder sogar extreme Zeitraffer-Aufnahmen von mikroskopischen Vorgängen in der Nanotechnologie.

U Jena / CT

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